用于确定车辆中转向装置的齿条力的方法、转向装置以及用于转向装置的控制和/或调节装置与流程

本发明涉及一种用于确定车辆的转向装置的齿条力的方法，在该方法中，根据至少一个在转向装置中出现的力或根据至少一个在转向装置中出现的力矩来求得第一齿条力。本发明还涉及一种用于车辆用转向装置的控制和/或调节装置，该控制和/或调节装置是为了实施这样的方法而设立的。

背景技术：
在现代的转向装置中，例如在一种电助力转向系统(EPS)或一种线控转向系统中求得额定转向力矩。在转向装置的转向器件上、例如在转向轮上的转向力矩按照额定转向力矩来调节，以便支持在车辆转向时由驾驶者所施加的力，或者抵抗由驾驶者所施加的力。已知根据齿条力来求得额定转向力矩。由DE102009002706A1已知一种用于确定作用到转向传动装置上的力的方法。按照该方法，借助于马达力矩来求得作用到转向传动装置上的力。该方法为车辆驾驶者提供关于转向传动装置中的真实力情况的良好反馈。不过，至少在有些情况下强烈的反馈被感受为干扰。

技术实现要素：
本发明的任务在于：给出一种用于确定齿条力的方法，该方法为了驾驶舒适性而给出关于转向装置中的力情况的不太强烈的反馈，尤其是当时不需要这种反馈时。上述任务是一种根据本发明所述的方法、一种如根据本发明所述的转向装置及一种根据本发明所述的控制和/或调节装置加以解决的。在根据本发明的用于确定车辆的转向装置用的齿条力的方法中，根据至少一个在转向装置中出现的力或者根据至少一个在转向装置中出现的力矩确定第一齿条力，其特征在于：根据至少一个表征车辆运动状态的车辆参数确定第二齿条力，并且借助于第一齿条力和第二齿条力且根据控制参数形成合成的齿条力，其中，控制参数决定第一齿条力和第二齿条力对合成的齿条力的影响。在一种实施形式中，规定了用于确定车辆的转向装置所用的齿条力的方法，在该方法中，根据至少一个在转向装置中出现的力或根据至少一个在转向装置中出现的力矩求得第一齿条力，其中，根据至少一个表征车辆运动状态的车辆参数求得第二齿条力，并且借助于第一齿条力和第二齿条力形成一个合成的齿条力。如果转向力矩仅仅根据第一力来计算，由于第一齿条力是根据转向装置中的力和/或力矩而求得的，所以驾驶者总是获得关于转向装置中的力情况的相对强烈的反馈。第二齿条力在大多情况下间接地取决于转向装置中的真实的力情况，因为第二齿条力是根据车辆参数求得的。作为车辆参数可以考虑任何允许至少粗略推断出车辆运动状态的参数。车辆参数例如可以是车辆的速度、车辆的横向加速度和/或车辆的转向角度。在一种实施形式中，第二齿条力根据车辆速度和转向角度求得。在另一种实施形式中，第二齿条力根据横向加速度求得，而在此不必强制地考虑车辆速度或转向角度。根据本方法附加于第一齿条力也可考虑第二齿条力，这导致可减小在转向装置中的力情况的反馈的强度，同时转向力矩不是完全与当时的驾驶状况无关。这被许多驾驶者至少在某些状况下感受为较舒适的。通过适合地实施第一齿条力和第二齿条力的、用于形成合成的齿条力的联合，可使反馈的程度轻易地适配于车辆制造商的要求。高的反馈程度给出关于车行道性质的总体上动态的反馈，而相对低的反馈程度则允许产生相当强烈地与车行道的性质解耦的转向力矩。为了在转向装置运行期间、亦即在行驶期间能够改变动态反馈，可以规定，根据控制参数形成合成的齿条力，其中，第一齿条力和第二齿条力对于合成的齿条力的影响取决于控制参数。该控制参数可以由转向装置的控制和/或调节装置产生或者由车辆的其它控制和/或调节装置产生。该控制参数可以取决于由驾驶者预定的行驶模式、例如“运动”或“标准”，和/或可以自动地根据行驶状况来求得。在本发明的一种实施形式中规定，所述控制参数是二进制参数，并且根据控制参数要么考虑第一齿条力要么考虑第二齿条力作为合成的齿条力。因此，二进制参数允许在仅根据第一齿条力产生的合成的齿条力和仅根据第二齿条力产生的合成的齿条力之间切换。在此特别优选，在二进制参数的状态过渡时，持续减小其中一个齿条力的影响，而持续提高相应另一个齿条力的影响。因此，第一齿条力和第二齿条力之间的切换不是突然地进行，而是在一定过渡时间内进行。由此避免了切换时合成的齿条力的跳跃。在另一种实施形式中，控制参数例如是一个数值，该数值预定第一齿条力或第二齿条力对合成的齿条力的影响。与此相应地可以规定，所述合成的齿条力通过第一齿条力和第二齿条力根据至少一个加权因数的加权而形成，优选构成为第一齿条力与第二齿条力的凸组合，其中，加权因数根据控制参数来计算。在凸组合的情况下，该加权因数例如可以等于该凸组合的系数。按照一种特别优选的实施例，控制参数根据所形成的合成的齿条力确定。因此，第一齿条力或第二齿条力对合成的齿条力的影响根据反馈的合成的齿条力来预定。在此可以规定，在一个在数值上较高的合成的齿条力时与在一个在数值上较低的合成的齿条力时相比，第一齿条力对合成的齿条力的影响更高。由于齿条力通常在直线行驶时是的确小的，所以在直线行驶时达到一种舒适的、很大程度上不受车行道的不平坦或其它性质影响的转向感觉。例如在齿条力相对大的曲线行驶时，驾驶者会更多地获得关于车行道的性质的反馈并且因此可能更好地对此作出反应。可以规定，在确定所述控制参数时，将合成的齿条力延迟并且控制参数根据被延迟的合成的齿条力形成。本方法例如可以在使用时间离散的信号处理器件或信号处理方法的情况下实施。在这种情况下，合成的齿条力优选被延迟信号处理器件或信号处理方法的一个周期。优选的是，所述控制参数根据车辆行驶速度求得。当所述控制参数借助于特性曲线族求得时，本方法可特别简单地实现。在此可以规定，特性曲线族的特性曲线是根据车辆速度预定和/或是由多个预定的特性曲线选取。特性曲线族因此不仅包含必要时延迟的合成的齿条力而且包含车辆速度作为输入参数。按照特性曲线族的构成，特性曲线的走向根据车辆速度变化和/或特性曲线根据车辆速度来选取。为了避免合成的齿条力过于快速的变化，和/或为了排除由于反馈所造成的波动，可以规定，在借助于特性曲线族确定了控制参数之后，将所述控制参数借助于低通滤波器滤波。按照本发明的另一种实施形式规定一种用于车辆的转向装置，其中，所述转向装置设立用于实施按照本发明的方法。根据本发明的另一个实施形式规定一种用于汽车用的转向装置的控制和/或调节装置，其中，所述控制和/或调节装置设立用于、优选编程用于实施按照本发明的方法。一个实施形式在于一个计算机程序，该计算机程序如此编程，使得当该计算机程序在控制和/或调节装置上运行时，所述控制或调节装置实施按照本发明的方法。该控制和/或调节装置可以具有存储器件、特别是半导体存储器，这样一种计算机程序存储在该存储器中。也可设有另外的、与控制和/或调节装置相分离的存储器件、例如数据载体，计算机程序存储在该数据载体上。附图说明本发明的其它特征和优点由后面的说明得出，其中，参照附图更详细地阐述本发明的示例性的实施形式。图中：图1示出带有用于实施按照本发明方法的控制和/或调节装置的转向装置；图2示出用于确定图1中所示的转向装置用的齿条力的方法的方框图；图3示出图2中按照本发明的第一实施形式的详图；图4示出图2中按照本发明的第二实施形式的详图；图5示出图2中按照本发明的第三实施形式的详图。具体实施方式在图1中示出一个称之为控制器1的控制和/或调节装置，给一个转向装置2配设该控制和/或调节装置。在控制器1中设置有一个带有一个处理器3的计算机(例如微型计算机或微型控制器)，其中，处理器3是经由一条数据导线4、例如一个总线系统与一个存储器元件5连接。控制器1则经由一条信号导线6而与一个马达7相连，由此能实现通过控制器1对马达7的控制和/或调节。马达7例如构成为电马达并且该马达通过一个传动装置8作用到一个扭杆9上。在扭杆9上设置有一个转向器件10、例如一个转向轮，借助于该转向器件能通过由驾驶者操纵转向器件10将转矩施加到扭杆9上。此外，转向装置2具有一个转向传动装置11，该转向传动装置例如构成为齿条转向传动装置。但转向传动装置11也可以构成为球循环传动装置或者说球螺母传动装置。在下面的说明中主要从齿条转向系统出发，其中，转向传动装置包含一个小齿轮12a和一个齿条12b。然而对本发明而言，转向系统的类型是不重要的。图1中所示的转向装置2也可以代替作为齿条转向系统而例如作为球式转向系统或单轮转向系统予以实现。转向传动装置11通过小齿轮12a和齿条12b在每个车辆侧上与一个转向杆13连接，该转向杆与一个轮14配合作用。转向装置2还具有一个力矩传感器15，用于检测通过转向轴作用到转向系统上的转向力矩。按图1中所示的实施例，为此还借助于力矩传感器15来检测扭杆力矩tor_TB，该扭杆力矩等于上述的转向力矩。转向装置2也具有一个角度传感器16用于检测马达7的转子角度ang_RA。转子角度ang_RA例如可以表征整个扭杆9围绕其纵轴线的转动。因此，转子角度ang_RA等于扭杆9的转动角，也就等于轮14的转向角，因为马达7通过传动装置8与扭杆9连接并且该扭杆通过转向传动装置11和转向杆系统13与轮14连接。借助于传感器15和16所检测到的值输送至控制器1。图1中所示的转向装置是多种适合于实施按照本发明的方法的转向装置的可能的实施形式中的一种。在另一种实施形式中，转向传动装置例如构成为球式转向传动装置。按照另一种实施例，马达7也可以如此设置，使得该马达连同扭杆9一起作用到设置在转向传动装置11中的小齿轮12a上或者直接地(借助于另一个小齿轮)作用到齿条12b上。按照另一中实施形式，代替转子角度ang_RA，另一个描述转向装置2的实际位置的参数被确定，或者用于实施按照本发明的方法。例如可以借助于设置扭杆9上的角度传感器来确定转向角度。此外，转向装置2的实际位置也可以借助于设置在齿条12b上传感器来检测的。从原则上说，这里可以确定或考虑多个已知的参数。然而使用转子角度ang_RA有如下优点：该转子角度能非常精确地确定并且在现代转向装置中通常已经提供了该转子角度。此外，在其中装入有转向装置2的车辆具有一个速度传感器17，利用该速度传感器能够检测车辆的速度v。控制器1能够得到借助于速度传感器17所求得的速度v。图2示出一种用于确定转向装置2的齿条力RF的方法21的一个方框图。方法21包括一个功能方框23用于根据在转向装置2中出现的力或者根据至少一个在转向装置2中出现的力矩来确定第一齿条力RFD。在所示的实施例中，功能方框23根据已求得的或已检测到的马达力矩tor_RA计算出第一齿条力RFD。马达力矩tor_RA例如可以是在马达7的一个轴上的力矩。备选或者补充于此地，也可以规定另一个在转向装置内部出现的力矩或者在转向装置2内部出现的力(例如扭杆力矩tor_TB)作为用于功能方框23的输入参数，功能方框23利用该输入参数用于计算第一齿条力RFD。此外，功能方框23可据转向角度ang_RA来计算第一齿条力RFD。因为第一齿条力RFD尤其取决于在转向装置2中出现的马达力矩tor_RA，所以第一齿条力RFD反映真实的、在车辆的被转向的轴上出现的力情况并且因此能够被用于对驾驶者产生关于车辆所行驶的车行道的当时性质的动态反馈。尤其可以根据第一齿条力RFD来计算出额定转向力矩，该额定转向力矩尤其在其时间曲线中包含关于车行道性质的动态反馈。与此相应地，第一齿条力也称之为“齿条力动态的(RackForceDynamic)”。本方法的另一个功能方框25根据至少一个表征车辆运动状态的车辆参数确定一个第二齿条力RFC。在所示的实施形式中，例如车辆速度v及转向角度ang_RA规定为这样的车辆参数。功能方框25因此仅根据这些车辆参数来计算第二齿条力RFC，这些车辆参数都不直接描述在转向装置2中的力情况。因此，由功能方框25计算出的第二齿条力RFC很大程度地不受在转向装置2中真实力情况的影响，特别是不受真实的轴作用力情况的影响。因此第二齿条力RFC不描述车行道的瞬时性质、例如不平度。因此，第二齿条力RFC能实现产生一种与车行道影响至少很大程度解耦的转向感觉，这能实现舒适地使用转向装置2，其中，但驾驶者必须放弃关于车行道性质的反馈。因此，根据第二齿条力RFC可以计算如下的额定转向力矩，该额定转向力矩能实现一种舒适的、与车行道影响至少很大程度解耦的转向感觉。因此，第二齿条力也称之为“齿条力舒适的(RackForceComfort)”。用于根据车辆参数计算第二齿条力RFC的功能方框25可以按任意方式进行，而不用直接考虑在转向装置2中出现的或直接作用到转向装置2上的力或力矩。例如可以设有多个模块27a至27d，这些模块计算用于不同行驶状况的第二齿条力RFC的值。例如第一模块27a可以计算用于正常行驶运转的第二齿条力RFC；第二模块27b可以计算在车辆停放时的第二齿条力RFC；第三模块27c可以考虑到关于车辆的轴的滞后性质，以及模块27d可以描述对第二齿条力RFC的影响，该影响通过车辆与转向角度相关的提升而产生。功能方框28根据由各个模块27a至27d所计算的参数而求得第二齿条力RFC。这样的用于计算第二齿条力RFC的方法已在专利申请DE102010030986中给出，参考其全部内容。方法21的一个功能方框29根据第一齿条力RFD和第二齿条力RFC计算出一个合成的齿条力RF。按这种方法，合成的齿条力RF是作为所述两个齿条力RFD和RFC的组合而形成的。功能方框29可以根据转向装置2的所希望的性质轻易地匹配。如果例如希望一种带有关于车行道性质的相对强的反馈的转向感觉，则功能方框29可以如此设立，使得第一齿条力RFD对合成的齿条力RF的影响与第二齿条力RFC的影响相比是相对大的。反之，对于下述情况，即，希望一种舒适的、很大程度上与车行道性质无关的转向感觉，方框29则可以如此设立，使得第一齿条力RFD对合成的齿条力RF的影响与第二齿条力RFC对合成的齿条力RF的影响相比是相对小的。所述两个齿条力RFD、RFC中的一个与相应另一个齿条力RFC、RFD相比对合成的齿条力RF的影响也可以在转向装置2运行期间、亦即在行驶期间、例如根据由驾驶者所选择的驾驶方式或者根据自动确定的行驶状况来确定。为了确定各个齿条力RFD、RFC对合成的齿条力RF的影响，可以设有一个控制参数s，功能方框29在计算合成的齿条力RF时考虑该控制参数。图3示出功能方框29的一种可能的实现方式。这里，控制参数s是一个二进制参数sbin。功能方框29根据该二进制参数sbin的逻辑状态要么选择第一齿条力RFD要么选择第二齿条力RFC作为合成的齿条力RF。为了在所述两个齿条力RFD、RFC之间进行切换时避免合成的齿条力RF的时间曲线中的跳跃，设有多个器件31，这些器件设立用于在二进制参数sbin的逻辑状态更改之后，持续地减小其中一个齿条力RFD、RFC的影响并且同时提高相应另一个齿条力RFC、RFD的影响。该持续的切换优选在二进制参数sbin的状态过渡之后的一个过渡时间段内发生。器件31包括一个第一限制元件33用于限制二进制参数信号的边缘陡度。第一限制元件33的输入端连接到一个反相器37的输出端上，其中，反相器37是为了使二进制参数信号sbin反向而设立的。此外，器件31还包括一个第二限制元件35用于限制边缘陡度。第二限制元件35的输入端与二进制参数sbin连接。作为用于限制边缘陡度的限制元件33、35可以设有所谓的“比率限制器”或者也可以设有低通滤波器或类似物。第一齿条力RFD输入一个第一乘法器39。此外，第一限制元件33的输出端与第一乘法器39连接，从而第一乘法器39可以将由第一限制元件33所积分的、反向的二进制信号sbin与第一齿条力RFD相乘。以相应的方式设有一个第二乘法器41，在该第二乘法器上输入第二齿条力RFC和借助于第二限制元件35所积分的二进制信号sbin。所述两个乘法器39、41的输出端连接到一个加法器43上，该加法器将合成的齿条力RF作为由所述两个乘法器39、41所实施的乘法的结果之和来计算。功能方框29在图3中所示的变型因此允许在所述两个齿条力RFD、RFC之间实现切换，其中，器件31、特别是两个限制元件33、35在所述力RFD、RFC之间进行切换时引起流畅的过渡。如果二进制参数sbin具有逻辑值0，则选取第一齿条力RFD，并借此能实现产生一个如下的额定转向力矩，该额定转向力矩包含关于车行道性质的强烈反馈。如果二进制参数sbin具有值1，则选取第二齿条力RFC，该齿条力能实现产生一个没有关于车行道性质的反馈的额定转向力矩。图4中示出功能方框29的一种可能的实现方式，在该实现方式中设有一个在所述两个齿条力RFD、RFC之间的混合比sper作为控制参数s。该混合比sper在所示的实施形式中是一个百分数，其中，100％的值相当于仅选取第一齿条力RFD作为合成的齿条力；0％的值则相当于仅选取第二齿条力RFC作为合成的齿条力RF。居于其间的百分数sper的值给出所述两个齿条力RFD、RFC的相应的混合，其中，合成的齿条力优选构成为按照下列等式的凸组合：RF＝u·RFD+(1-u)·RFC。参数u是一个加权因数，该加权因素如再后面所述的、根据百分数sper而形成。如图4所示，控制参数sper借助于一个可选的限制器45而被限制到一个在包含0至包含100之间的数值范围上。一个标度元件47将必要时借助于限制器45所限制的参数sper除以100并且发出一个标度过的信号作为加权因数u。第一乘法器39获得第一齿条力RFD以及借助于标度元件47加以标度的信号u作为输入参数。此外，所标度的信号u被发送至一个计算元件49，该计算元件将由标度元件47发出的信号减去值1。第二乘法器41的输入参数是计算元件49的输出参数及第二齿条力RFC。合成的齿条力RF如在图3中所示的实施形式中通过所述两个乘法器39、41的输出值彼此相加而形成。借助于图4中所示的实施形式，因此在两个齿条力RFC、RFD之间的混合比可以自由地调整。在此可以规定，参数sper由控制器1或者由外部、亦即由车辆的另一个控制器预定。例如参数sper可以根据行驶模式、行驶状况或其它参数来预定。在图5中所示的实施形式中，参数sper不是由外部预定的，而是由方法21本身求得的。用于根据参数sper计算合成的齿条力RF的各功能方框或者各元件相当于在图4中所示的元件或功能方框，因此不再作阐述。如由图5可看出，参数sper根据通过一个延迟节51所反馈的合成的齿条力RF来形成。在所示的实施形式中，该方法由一个时间离散的信号处理系统来实施并且延迟节51的一次延迟等于信号处理系统的一个周期。借助于延迟节51所延迟的合成的齿条力RF1被输送给一个第一数值形成器53，该数值形成器的输出端与一个特性曲线族55的一个输入端相连。该特性曲线族55设立用于根据延迟的合成的齿条力RFf的数值确定特性曲线族参数s1。可以规定，特性曲线族55附加地根据车辆速度v的数值确定特性曲线族参数s1。为此，可设有一个第二数值形成器57，其中，车辆速度v处在第二数值形成器57的一个输入端上，并且第二数值形成器57的一个输出端处在特性曲线族55的另一个输入端上。特性曲线族55例如可以如此设立，使得该特性曲线族根据车辆速度v的数值(亦即根据由第二数值形成器57所给出的值)选取一条特性曲线59。也可以规定，一个确定的特性曲线59的走向根据速度的数值|v|变化。特性曲线的选取和特性曲线走向的变化也可以组合。在一种未示出的实施形式中，未规定参数s1与速度的数值|v|的关联性，亦即，第二数值形成器57在该实施形式中是不存在的，并且速度的数值|v|不被输入到特性曲线族55中。在特性曲线族55的输出端和限制器45的输入端之间设置有一个低通滤波器61，该低通滤波器对特性曲线族信号s1进行滤波，并将经滤波的特性曲线族信号s2传输给限制器45。特性曲线族55的一个特性曲线59或多个特性曲线59例如可以如此选取，使得对于合成的齿条力RF的在数值上相对小的值而言，确定参数sper的一个相对小的值，从而在这种情况下，第二齿条力RFC对合成的齿条力RF的影响与第一齿条力RFD相比是相对大的。这导致在合成的齿条力RF相对小的直线行驶时，转向感觉至少在很大程度上不受车行道性质的影响，并且转向装置2因此提供一种舒适的、无干扰的适中感觉。例如在曲线行驶时或者在转向装置2有强烈加载时，得出合成的齿条力RF的数值上大的值。可以规定，所述一个特性曲线59或多个特性曲线59如此选取，使得对于合成的齿条力RF的数值上大的值而言得出参数sper的相对大的值，从而使第一齿条力RFD对合成的齿条力RF的影响与第二齿条力RFC的影响相比是大的，从而产生一种动态的转向感觉，这种动态的转向感觉给予驾驶者关于车行道接触和行驶状况的信息。如果设置参数s1与速度v的关联性，则在力RFD、RFC之间的渐进转换、亦即参数sper的值的提升或下降可以根据车辆速度v不同地预定。此外，如果所述两个齿条力RFD、RFC彼此明显不同，则通过信号RFf的反馈能实现在两个力RFD和RFC之间的流畅的渐进转换。由此在避免合成的齿条力RF中的跳跃，从而避免不如愿的力矩峰值，或者避免根据合成的齿条力RF所求得的额定转向力矩的突变或由此造成的转向感觉的突变。总之，本发明能实现提供一种转向装置2，该转向装置一方面能给驾驶者关于车行道性质和车辆性质的良好反馈，和另一方面在其它行驶状况中、例如在直线行驶时给予驾驶者舒适的转向感受。通过借助于功能方框29将两个齿条力组合，可通过相对简单地修改功能方框29以少的耗费按例如车辆制造商的预定来匹配本方法21的特性或转向系统2的特性。